(57)【要約】【課題】  素子抵抗に異常がある素子が含まれていても信頼性の高い評価を行うことができ、またプローブカードのプローブ数を低減できることにより、操作性が向上し、且つコストを抑えることを可能とする半導体発光素子の評価方法を提供する。【解決手段】  デバイスウェハ１０上に配列された多数の面発光レーザ１の一方の電極を図２の短絡パターン２１により短絡させる。短絡パターン２１は、例えば、プローブパッド２１Ｃを有する１本のバスライン２１Ａと、このバスライン２１Ａと複数（例えば１００から１０００個）の面発光レーザ１の各個別電極２２とを電気的に接続するための複数の分岐ライン２１Ｂとにより構成される。短絡パターン２１と複数の面発光レーザ１における共通電極（ｎ型電極）との間に電圧を印加して、面発光レーザ１の個別評価を行う。評価終了後は、短絡パターン２１は剥離液により除去される。【選択図】図２
2005129583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極が共通電極であると共に、他方の電極が個別電極として同一基板の同一面に並置されてなる複数の半導体発光素子の個別評価を行なうための方法であって、
前記複数の半導体発光素子のうちの少なくとも２つの素子の個別電極を１つの短絡パターンにより短絡させる短絡工程と、
前記短絡パターンと前記複数の半導体発光素子の共通電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の評価方法。
【請求項２】
前記短絡パターンは、プローブパッドを有する１本のバスラインと、前記バスラインと前記複数の半導体発光素子の各個別電極とを電気的に接続する複数の分岐ラインとにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の評価方法。
【請求項３】
前記分岐ラインは、所定値以上の電流が流れることにより溶断する
ことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子の評価方法。
【請求項４】
前記短絡パターンは、アルミニウム（Ａｌ）により形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の評価方法。
【請求項５】
前記短絡パターンを剥離液により除去する工程を含む
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の評価方法。
【請求項６】
前記剥離液は、アルカリ溶液である
ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子の評価方法。
【請求項７】
前記半導体発光素子は、面発光レーザである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ上に形成された複数の半導体発光素子、特に上面に個別電極を有する面発光レーザに対して、電圧印加試験（バーンイン試験）により個別評価を行う半導体発光素子の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、端面発光型のレーザが基板面に平行方向に光が出力されるのに対し、基板面に垂直方向に光が出力される垂直共振器型のレーザであり、通信網や通信システムの光源して注目されている。
【０００３】
一般に、面発光レーザの構造としては、ポスト型メサ構造が用いられる（例えば、特許文献１）。このポスト型メサ構造のレーザは、デバイスウエハ（基板）上にアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる電流狭窄層および活性層を含む多層構造を形成し、ドライエッチングなどの方法でメサ径３０μｍφ程度の円形ポストメサ構造に加工したのち、電流狭窄層（ＡｌＡｓ）の選択酸化によって、活性層に対しての電流狭窄部を形成したものである。さらに、選択酸化ののち、その構造が誘電体などの絶縁膜で被覆され、メサ部の一部が選択除去され電極層が形成されたのち、光出力のための窓を有するリング状電極が付与される。このような面発光レーザでは、電流狭窄部により活性層に電流が効率良く注入されるため、効率の良いレーザ発振が可能である。
【０００４】
この種の面発光レーザは、端面発光レーザなどとは異なり、ウェハ面上に並置された状態で各デバイスの個別駆動ができるという特徴があり、この特性を活かして、素子分離前にウェハ上において個別に評価を行うことが可能である。個別評価としては、一般に、半導体デバイスの特性安定化、初期劣化デバイスの選定分別のために、高温環境下で電流駆動する、所謂バーンイン試験が行われるが、特に、面発光レーザにおいては有効である（例えば、非特許文献１および非特許文献２）。
【０００５】
ところで、このようなバーンイン試験を面発光レーザについて行おうとすると、次のような問題がある。すなわち、図４に示したように、プローブカード１０２を用いてデバイスウェハ１００上でバーンイン試験を実施する場合、電気接点を確保するために、デバイスウェハ１００上の多数の個別電極１０１と同じ相対位置に同数のプローブ１０２Ａを設ける必要がある。また、全面での確実な接触のためには、カード位置、圧着力の正確な制御が必要である。しかも、このプローブカード１０２は、高精度に作成しなければならなく、非常に高価で、管理もきわめて難しいという問題がある。
【０００６】
このようなプローブカードを使用することなく、一度に複数の面発光レーザを評価する方法として、各素子のｎ型およびｐ型の両電極をウェハの片面に形成し、直列に接続して評価を行なうものがある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−２１０９０８号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０６６８７号公報
【非特許文献１】Bobby M. HAWINS 他  Reliability of Various Size Oxide Aperture VCSELs
【非特許文献２】Robert A. Hawthone III  他  Reliability Study of 850 nm VCSELs for Data Communication (1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この評価方法は、素子抵抗に異常があり高抵抗の面発光レーザが１つでもあると、評価時の印加電流が流れなくなり、そのために直列に接続された全ての素子の評価ができなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子抵抗に異常がある素子が含まれていても安定した評価を行うことができ、またプローブカードのプローブ数を低減できることにより、操作性が向上し、且つコストを抑えることを可能とする半導体発光素子の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による半導体発光素子の評価方法は、一方の電極が共通電極であると共に、他方の電極が個別電極として同一基板の同一面に並置されてなる複数の半導体発光素子の個別評価を行なうための方法であって、複数の半導体発光素子のうちの少なくとも２つの素子の個別電極を１つの短絡パターンにより短絡させる短絡工程と、短絡パターンと複数の半導体発光素子の共通電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程とを含むものである。
【００１０】
本発明の評価方法では、短絡工程において、複数の半導体発光素子のうちの少なくとも２つの素子の個別電極同士が１つの短絡パターンにより短絡されたのち、電圧印加工程において、短絡パターンと共通電極との間に所定の電圧が印加され、これにより半導体発光素子の個別評価が行われる。
【００１１】
特に、短絡パターンを、プローブパッドを有する１本のバスラインと、バスラインと複数の半導体発光素子の各個別電極とを電気的に接続する複数の分岐ラインとにより構成し、更に、分岐ラインを所定値以上の電流（過剰電流）が流れると溶断するようなライン幅に形成することによって、素子抵抗に異常がある半導体発光素子に対して電流集中が発生したとしても、分岐ラインが所謂ヒューズの働きをするため、他の半導体発光素子に流れる電流に大きな変化はなく、安定した評価試験が行われる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体発光素子の評価方法によれば、複数の半導体発光素子のうちの少なくとも２つの素子の個別電極を１つの短絡パターンにより短絡し、この短絡パターンを通じて電圧を印加するようにしたので、素子抵抗に異常がある半導体発光素子が含まれていても信頼性の高い評価試験を行うことができると共に、プローブカードのプローブ数を大幅に低減できることにより、操作性が向上し、且つコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子、例えば、面発光レーザ１の断面構造を表わすものである。この面発光レーザ１は、例えばｎ型ガリウム砒素（ｎ型ＧａＡｓ）からなるデバイスウェハ（基板）１０の上に、組成が異なる例えばｎ型アルミニウムガリウム砒素（ｎ型ＡｌＧａＡｓ）の多層構造からなるｎ型ＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflector;分布反射型反射鏡）１１が積層され、このｎ型ＤＢＲ層１１の上に例えばｉ型アルミニウムガリウム砒素（ｉ型ＡｌＧａＡｓ）からなるｎ型クラッド層１２、例えばガリウム砒素／アルミニウムガリウム砒素（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）で形成した量子井戸構造からなる活性層（発光層）１３、例えばｉ型アルミニウムガリウム砒素（ｉ型ＡｌＧａＡｓ）からなるｐ型クラッド層１４、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる電流狭窄層１５、組成が異なる例えばｐ型アルミニウムガリウム砒素（ｐ型ＡｌＧａＡｓ）からなるｐ型ＤＢＲ層１６およびｐ型ガリウム砒素（ｐ型ＧａＡｓ）からなるｐ型コンタクト層１７をこの順に積層したのち、ｎ型ＤＢＲ層１１の表面までをエッチングして円柱状メサ構造に形成したものである。
【００１５】
コンタクト層１７の上にはリング状のｐ型電極（リング状電極）１８が形成され、その内側が光出力窓１９となっている。この光出力窓１９の内径Ｄ0 は１０μｍ程度になっている。電流狭窄層１５はその外周部分は水素酸化により絶縁領域１５Ａとなり、未酸化の中心部分が電流通過領域（電流狭窄部１５Ｂ）となっており、これにより高効率レーザ発振が可能となっている。電流狭窄部１５Ｂの内径Ｄ1 は例えば１５μｍ程度に設計されている。円柱状メサ構造の直径Ｄ2 は、例えば３０μｍ程度である。
【００１６】
また、デバイスウェハ１０の裏面には、ｎ型電極２０が設けられている。このｎ型電極２０は同一ウェハに形成された多数の面発光レーザに共通の電極である。ｐ型電極１８には後述のように個別電極２２（図２参照）が各面発光レーザ毎に設けられている。この個別電極２２により各面発光レーザを、素子分離前のウェハ状態で電流駆動させることができるようになっている。この個別電極２２は、例えば金（Ａｕ）により構成されており、この電極を含めた面発光レーザは、アルカリ溶液などに腐食しない絶縁層例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）で被覆されている。
【００１７】
この面発光レーザ１では、ｐ型電極１８とｎ型電極２０との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄部１５Ｂを通じて活性層１３にキャリアが注入され、活性層１３から発光が生ずると共に、ｎ型ＤＢＲ層１１とｐ型ＤＢＲ層１６との間、すなわちデバイスウェハ１０に対して垂直方向にレーザ共振が生じ、このようにして発生したレーザ光が、リング状のｐ型電極１８に形成された光出力窓１９から取り出される。
【００１８】
以上のような面発光レーザ１が、デバイスウェハ１０上に例えば約４万個程配列されており、この状態で個々の面発光レーザ１の良不良の評価が行われる。この面発光レーザ１では、端面発光型レーザと異なり、個別電極を各素子毎に有するため、ウェハ状態で電流駆動させることができるので、以下のように短絡パターンを用いて１つのプローブと接触させることによって、多数の面発光レーザを同時に駆動し、評価することができる。
【００１９】
図２を参照してこの面発光レーザ１の評価方法について説明する。本実施の形態においては、デバイスウェハ１０上に形成された多数の面発光レーザ１のバーンイン試験を行うに際し、複数の面発光レーザ１における個別電極２２を１つの短絡パターン２１により短絡させたのち、この短絡パターン２１と複数の面発光レーザ１における共通電極（ｎ型電極２０）との間に電圧を印加するようにしたものである。
【００２０】
短絡パターン２１は、例えば、プローブパッド２１Ｃを有する１本のバスライン２１Ａと、このバスライン２１Ａと複数（例えば１００個から１０００個）の面発光レーザ１の各個別電極２２とを電気的に接続するための複数の分岐ライン２１Ｂとにより構成されている。この短絡パターン２１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成されており、そのうちの分岐ライン２１Ｂは、素子抵抗値がほぼゼロである不良の面発光レーザ１が含まれ、このレーザに所定値以上の電流が流れた場合を想定し、このレーザに対応する分岐ライン２１Ｂが溶断される程度の幅に設定された、所謂ヒューズの役割を果たすものである。この分岐ラインにより、異常なレーザに集中して過剰の電流が流れるのを防ぐようになっている。また、プローブパッド２１Ｃには評価電流注入用プローブ２３が接触され、面発光レーザ１を評価するための電流を注入するようになっている。
【００２１】
この面発光レーザ１は例えば以下のようにして製造することができる。
【００２２】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属化学的気相成長）法などを用いて、厚さがλ／４（λ；媒質中の波長）でｎ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる層を例えば２３周期積層してなるｎ型ＤＢＲ層１１、ｉ型アルミニウムガリウム砒素（ｉ型ＡｌＧａＡｓ）からなるｎ型クラッド層１２、ガリウム砒素／アルミニウムガリウム砒素（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）より構成され量子井戸構造に形成されてなる活性層（発光層）１３、ｉ型アルミニウムガリウム砒素（ｉ型ＡｌＧａＡｓ）からなるｐ型クラッド層１４、ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層１５、ｎ型と同じ厚さでｐ型Ａｌ1-X ＧX Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる層を例えば１５周期積層してなるｐ型ＤＢＲ１６、ｐ型ガリウム砒素（ｐ型ＧａＡｓ）からなるｐ型コンタクト層１７などを順次積層し、デバイスウェハ１０を得る。
【００２３】
次いで、このデバイスウェハ１０に対してリソグラフィを行い、図１に示したような円柱状メサ構造（約３０μｍφ）に形成する。このときメサ構造の側壁を急峻にして異方性を付与するため、ＧａＡｓ材料の場合には塩素系ガスによるドライエッチングを用いる。また、ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１５だけを選択的に外周から酸化を行い、電流狭窄層１５の中心部を電流狭窄部１５Ｂとする。次いで、例えばスパッタリング法などにより、コンタクト層１７の上面にリング状のｐ型電極１８を、またデバイスウェハ１０の裏面にはｎ型電極２０を形成する。このとき同時にリング状のｐ型電極１８と接続されるように金（Ａｕ）からなる１００μｍ四方の個別電極２２を設ける。更に、１００から１０００個程度の面発光レーザの組に対して、ウェハ上の隙間にスパッタリング法などを用いてアルミニウム（Ａｌ）などの金属からなる短絡パターン２１を形成する。  
【００２４】
以上のように短絡パターン２１を配したデバイスウェハ１０に対して、初期特性劣化抑制のためのバーンイン試験を行なう。このバーンイン試験は、例えば、１つの素子に対して、８０℃以上２００℃以下程度の環境下で一定の光出力の動作状態を数時間以上保ちながら、この状態での駆動電流値の経時変化を測定することで素子の寿命を推定する。素子の寿命の基準としては、例えば、バーンイン試験開始時の駆動電流値に比べ駆動電流値が２０％上昇した時点までの時間を寿命とする。このように推定された寿命がある一定時間を満たさない場合、この素子は除去される。
【００２５】
評価終了後は、アルカリ溶液で短絡パターン２１を除去し、例えば図２に示した短冊状のデバイスウェハ１０Ａのように個別に分断し、バーンイン試験の結果によって良品とされたもののみを選別する。
【００２６】
一般的に、面発光レーザの素子抵抗は、電流狭窄部の形状分布に依存した分布を示すが、大きくても±２０％程度の分布であり、流れる電流値の分布もほぼ同程度の分布となる。このことから本実施の形態のように各素子を短絡パターン２１により並列に接続した場合には、各々の素子に対してほぼ同程度の電流が流れ、各素子を均等に評価することができる。また、この系中にいくつかの故障があって、それらの素子が開放、つまり故障素子に電流が流れない場合でも、短絡パターン２１により接続された素子が１００から１０００個と多いため、他の素子への電流変化の影響は少なく、全体数の１０％程度の故障では問題なく評価を行うことができる。一方、故障で短絡してしまった素子が含まれる場合、つまり素子抵抗がゼロと見なせる素子がある場合には、その素子の個別電極２２とバスライン２１Ａとを接続している分岐ライン２１Ｂに電流が集中するため、他の素子に均等に電流が流れなくなり、評価に信頼性が欠けることとなる。本実施の形態では、このような場合を想定して、分岐ライン２１Ｂの線幅を所定の値に設定し、一定値以上の過剰電流が流れたときには溶断する、所謂ヒューズの役割を果たすようになっている。従って、過剰電流が流れた場合でも、分岐ライン２１Ｂが溶断された後は通常状態に復帰することとなるので、素子の評価を継続することができる。
【００２７】
このように本実施の形態では、複数の面発光レーザに対して短絡パターン２１を設けるようにしたので、１の短絡パターン２１に対して１つのプローブを接触させればよい。従って、短絡パターン２１の数に対応した数のプローブを備えたプローブカードを使用すればよいので、高額で高精度に作られたプローブカードを用いる必要はなく、安価に試験を行うことができ、初期特性の安定化や良不良の選別を行うことができる。また、短絡パターン２１がアルミニウム（Ａｌ）で形成されているため、評価後に不要になったときにはアルカリ溶液で完全に除去することができる。このことにより、後続の素子分離工程に影響を与えることもなく、また、静電気による素子破壊なども防ぐことができる。
【００２８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態においては半導体発光素子として面発光レーザを用いて説明したが、面発光レーザ以外の例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）などの評価に用いることも可能である。
【００２９】
また、上記実施の形態では、一方の電極が共通電極、他方が個別電極の場合について説明したが、両方の電極が個別電極である場合においても本発明は適用可能であり、この場合には、それぞれの電極に対して短絡パターンを形成すればよい。
【００３０】
さらにまた、上記実施の形態では、短絡パターンとして、分岐ラインがバスラインの片側だけにあるものについて説明したが、その形状は任意であり、例えば、バスラインの両側にそれぞれ分岐ラインを設けて２列の素子群を同時に短絡させるパターンにしてもよく、また、バスラインが蛇行したパターンとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る面発光レーザの構成を表す断面図である。
【図２】面発光レーザの評価方法を説明するための図である。
【図３】評価後の分離工程を説明するための図である。
【図４】従来の面発光レーザの評価方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…半導体発光素子（面発光レーザ）、１０…デバイスウェハ（基板）、１０Ａ…短冊状デバイス、１１…ｎ型ＤＢＲ層、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性層（発光層）、１４…ｐ型クラッド層、１５…電流狭窄層、１５Ａ…絶縁領域、１５Ｂ…電流狭窄部、１６…ｐ型ＤＢＲ層、１７…ｐ型コンタクト層、１８…ｐ型電極（リング状電極）、１９…光出力窓、２０…ｎ型電極（共通電極）２１…短絡パターン、２１Ａ…バスライン、２１Ｂ…分岐ライン、２１Ｃ…プローブパッド、２２…個別電極、２３…評価電流注入用プローブ、１００…デバイスウェハ、１０１…個別電極、１０２…プローブカード、１０２Ａ…プローブ、Ｄ0 …光出力窓内径、Ｄ1 …電流狭窄部内径、Ｄ2 …円柱状メサ構造内径、Ｈ0 …出力光
【図１】
2005129583.tif 000003
【図２】
2005129583.tif 000004
【図３】
2005129583.tif 000005
【図４】
2005129583.tif 000006